Пристрій для вимірювання поверхневого заряду електретів

Предлагаемое устройство относится к области измерений поверхностного заряда диэлектриков, полупроводников и других материалов, имеющих поверхностную разность потенциалов. Известно устройство [1] для измерения эффективной поверхностной плотности заряда диэлектриков (электретов), содержащее два плоских электрода с присоединенным электрометром, шунтированным конденсатором. Наэлектризованный диэлектрик вводят в пространство между электродами, обеспечивая контакт с ними поверхностей образца, что вызывает появление на электродах индуцированных зарядов. При удалении одного из электродов от поверхности диэлектрика индуцируемый на этом электроде заряд перетекает на шунтирующий конденсатор и электрометр. Этот заряд можно измерить, если постоянная времени системы конденсаторэлектрометр много больше времени, в течение которого удаляли электрод. Недостатками известного устройства является возникновение контактной электризации и пробои воздушного зазора, что мешает проводить точные измерения соответственно малых и больших плотностей зарядов. Дополнительные трудности возникают при изучении тонкопленочных электретов. Они связаны с необходимостью точного измерения толщины воздушных зазоров и их возможностей неоднородностью вдоль поверхности образца. Наиболее близким к предлагаемому устройству и выбранным в качестве прототипа является устройство [2] для измерения радиационной нагрузки в полостях тел, например, при перегрузочной терапии, или аналогичных малых пространствах/Устройство содержит электретные дозиметры, акустический преобразователь в герметичном корпусе, неподвижный электрод и противоэлектрод электретных дозиметров, выполненный в виде колеблющейся мембраны. Противоэлектрод жестко соединен с электретами посредством дистанцирующего кольца. При акустическом возбуждении в мембране возникает переменное напряжение, уменьшение которого во время облучения можно усилить с помощью усилителя электрических колебаний и измерить в качестве меры дозы облучения. Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерения, обусловленная нестабильностью амплитуды и частоты акустического возбуждения, характерной для разомкнутых колебательных стистем. В основу изобретения поставлена задача обеспечить повышение точности измерений, что позволит фиксировать изменения заряда электретов при измерении концентрации радона (222Rn) в помещениях, в том числе жилых, в течение длительного времени. Решение задачи достигается тем, что в устройстве для измерения поверхностного заряда электретов, содержащем акустический преобразователь, мембрану, неподвижный электрод с установленным на нем электретом, противоэлектрод электрета, усилитель электрических колебаний, согласно изобретению, устройство дополнительно содержит шток, при этом противоэлектрод и неподвижный электрод с электретом включены в цепь положительной обратной связи между штоком и усилителем электрических колебаний, выход которого соединен с акустическим преобразователем, который связан с мембраной, штоком и противоэлектродом электрета. Соединение выхода усилителя электрических колебаний с акустическим преобразователем позволяет преобразовать электрические колебания в обмотке, преобразователя в акустические мембраны. Введение в устройство штока позволяет акустически связать между собой мембрану и противоэлектрод электрета для передачи акустических колебаний от мембраны через шток к противоэлектроду. Включение противоэлектрода и неподвижного электрода с электретом между штоком и усилителем, выход которого соединен с акустическим преобразователем, позволяет замкнуть цепь положительной обратной связи, образуя при этом акустический автогенератор и обеспечивая стабильные по частоте и амплитуде колебания противоэлектрода электрета. Величину заряда электрета определяют по величине амплитуды колебаний автогенератора с помощью измерителя, который подключен к выходу усилителя электрических колебаний. На чертеже (фиг.) представлена функциональная схема заявляемого устройства. Устройство содержит акустический преобразователь 1, мембрану 2, шток 3, противоэлектрод 4 электрета, электрет 5, неподвижный электрод 6. усилитель 7 электрических колебаний, измеритель 8 амплитуды колебаний автогенератора. Заявляемое устройство работает следующим образом. Акустический преобразователь 1, подключенный своей обмоткой к выходу усилителя 7 электрических колебаний, преобразует электрический сигнал в звуковые колебания и через мембрану 2 и шток 3 воздействует на противоэлектрод 4 электрета. Колебания противоэлектрода 4 над поверхностью электрета 5, установленного на неподвижном электроде б, приводит к индуцированию на противоэлектроде4 переменного напряжения, которое подается на вход усилителя 7 электрических колебаний. Таким образом, замыкается цепь положительной обратной связи, образуя акустический автогенератор и обеспечивая непрерывные устройства на собственной резонансной частоте. Частота колебаний заявляемого устройства определяется параметрами акустической системы, состоящей из мембраны 2, штока 3 и противоэлектрода 4. Напряжение на выходе усилителя 7 электрических колебаний измеряется с помощью измерителя 8 амплитуды колебаний. Величину заряда электретов определяют по величине амплитуды колебаний автогенератора. Измерение заряда электретов осуществляется следующим образом. На плоскую поверхность неподвижного электрода 6, выполненного из латуни, устанавливается электрет 5, выполненный в виде диска из фторопласта или другого диэлектрического материала с одной металлизированной плоской поверхностью. Включают питание усилителя 7 электрических колебаний, выполненного на микросхемах КР140УД8А и КР140УД5Б с коэффициентом передачи по напряжению не менее 200. Выходное напряжение усилителя 7 подают на акустический преобразователь 1, который выполнен на динамическом преобразователе звука типа ДГДВ1, Звуковые колебания преобразователя 7 возбуждают мембрану 2, колебание которой через шток 3 передается противоэлектроду 4. Элементы акустической системы (мембрана 2, шток 3, противоэлектрод 4) выполнены из латуни. Колебания противоэлектрода 4 над поверхностью электрета 5 индуцируют на противоэлектроде 4 переменное напряжение, которое подается на вход усилителя 7 электрических колебаний для поддержания колебаний автогенератора. На выходе усилителя 7 электрических колебаний подключают измеритель 8 амплитуды, в качестве которого использован цифровой вольтметр типа В7-35. С помощью вольтметра измеряют переменное напряжение, величина которого соответствует величине заряда электрета. Предлагаемое устройство для измерения поверхностного заряда электретов, по сравнению с прототипом, имеет преимущество, заключающееся в повышении точности измерений с 5% - для прототипа, до 1% - для заявляемого устройства. Указанная точность измерения достигается свойством замкнутой системы поддерживать автоколебания на собственной резонансной частоте, которая для данного устройства является величиной постоянной.